TAS5706A/B：數(shù)字音頻功率放大器的技術(shù)剖析

在音頻設(shè)備的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，功率放大器的選擇至關(guān)重要，它直接影響著音頻的質(zhì)量和性能。德州儀器（TI）的TAS5706A/B數(shù)字音頻功率放大器是一款備受關(guān)注的產(chǎn)品。不過需要注意的是，TAS5706A官方已不推薦用于新設(shè)計(jì)。下面，我們就深入了解一下這款放大器的詳細(xì)特性和技術(shù)細(xì)節(jié)。

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1. 主要特性亮點(diǎn)

1.1 強(qiáng)大的音頻輸入輸出能力

TAS5706A/B在音頻輸入輸出方面表現(xiàn)出色。從供電和輸出功率來看，在18V電源供電時(shí)，它能為8Ω負(fù)載提供20W的功率輸出。擁有兩個(gè)串行音頻輸入口，可處理四個(gè)音頻通道的數(shù)據(jù)。不同型號(hào)在輸出模式上有所差異，TAS5706A支持2通道橋接輸出（20W × 2），而TAS5706B除了2通道橋接輸出，還支持4通道單端輸出（10W × 4）以及2通道單端 + 1通道橋接（2.1模式，10W × 2 + 20W）。并且，它支持32kHz - 192kHz的采樣率，能適應(yīng)多種數(shù)字音頻處理器和MPEG解碼器，為音頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了很大的靈活性。在實(shí)際應(yīng)用中，你會(huì)如何根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的輸出模式呢？

1.2 卓越的功率級(jí)架構(gòu)優(yōu)勢(shì)

采用閉環(huán)功率級(jí)架構(gòu)，顯著提高了電源抑制比（PSRR），降低了對(duì)電源性能的要求。較高的阻尼系數(shù)使得聲音更加緊密、準(zhǔn)確，低頻響應(yīng)也得到了明顯改善。而且，在電源電壓變化時(shí)，它能保持恒定的輸出功率，其電源電壓（PVCC）范圍從10V到26V，無需單獨(dú)的柵極驅(qū)動(dòng)電源。還配備了耳機(jī)PWM輸出和低音炮PWM輸出，同時(shí)支持AM干擾避免功能。這些特性對(duì)于提升音頻系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力有很大幫助，你在設(shè)計(jì)音頻系統(tǒng)時(shí)，是否會(huì)重點(diǎn)考慮這些方面呢？

1.3 靈活的音頻處理功能

在音頻處理方面，各個(gè)通道都有獨(dú)立的音量控制，范圍從48dB到 -79dB，還支持軟靜音功能（50%占空比）。具備可編程的動(dòng)態(tài)范圍控制（DRC）和7個(gè)可編程雙二階濾波器（Biquad）用于左右聲道的揚(yáng)聲器均衡，以及4個(gè)可編程雙二階濾波器用于低音處理。自適應(yīng)雙二階濾波器系數(shù)可用于EQ和DRC濾波器，還支持可編程輸入和輸出混音器，以及自動(dòng)采樣率檢測(cè)和系數(shù)存儲(chǔ)功能。這些豐富的音頻處理功能為工程師實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的音頻效果提供了可能。

1.4 便捷的通用特性設(shè)計(jì)

采用串行控制接口，無需主時(shí)鐘（MCLK）即可正常工作。內(nèi)部振蕩器經(jīng)過工廠調(diào)校，無需外部晶體，簡化了電路設(shè)計(jì)。采用表面貼裝的64引腳、10mm × 10mm HTQFP封裝，便于安裝。同時(shí)具備熱保護(hù)和短路保護(hù)功能，提高了設(shè)備的可靠性。

2. 工作原理與詳細(xì)結(jié)構(gòu)

2.1 電源供應(yīng)情況

芯片的數(shù)字部分需要3.3V電源，而功率級(jí)可以在10V - 26V的電源下工作，這種電源設(shè)計(jì)可以滿足不同部分的需求，提高了芯片的兼容性。在實(shí)際設(shè)計(jì)電源電路時(shí)，你會(huì)采用哪些措施來確保電源的穩(wěn)定性呢？

2.2 時(shí)鐘與自動(dòng)檢測(cè)機(jī)制

TAS5706A是從設(shè)備，需要接收外部的MCLK、SCLK和LRCLK。它支持時(shí)鐘控制寄存器中定義的所有采樣率和MCLK速率，能夠自動(dòng)檢測(cè)并設(shè)置內(nèi)部時(shí)鐘控制邏輯，以適應(yīng)32kHz、44.1kHz、48kHz、88.2kHz、96kHz、176.4kHz和192kHz等不同的采樣率。同時(shí)，它還支持AM干擾避免模式，在該模式下，時(shí)鐘速率會(huì)與PWM采樣率轉(zhuǎn)換器協(xié)同調(diào)整，以產(chǎn)生7 × fs、8 × fs或6 × fs的PWM輸出。不過，在AM干擾避免和開啟去加重功能時(shí)，采樣率需要手動(dòng)設(shè)置。

2.3 串行數(shù)據(jù)接口模式

串行數(shù)據(jù)通過SDIN1/2輸入，PWM輸出由此衍生。它支持32kHz、44.1kHz、48kHz、88.2kHz、96kHz、176.4kHz和192kHz的串行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式包括16位、18位、20位或24位的左對(duì)齊、右對(duì)齊和I2S串行數(shù)據(jù)格式。不同的數(shù)據(jù)格式在實(shí)際應(yīng)用中各有優(yōu)劣，你會(huì)如何根據(jù)具體需求選擇合適的數(shù)據(jù)格式呢？

2.4 PWM模塊特點(diǎn)

PWM部分采用噪聲整形和復(fù)雜的誤差校正算法，實(shí)現(xiàn)了高功率效率和高性能的數(shù)字音頻再現(xiàn)。它使用四階噪聲整形器，在20Hz - 20kHz范圍內(nèi)具有超過100dB的信噪比性能。該部分接受來自DAP的24位PCM數(shù)據(jù)，并輸出四個(gè)PWM音頻輸出通道，支持橋接負(fù)載。同時(shí)，每個(gè)通道都有獨(dú)立的直流阻塞濾波器和去加重濾波器，并且這些濾波器可以啟用或禁用。PWM部分的最大調(diào)制限制可以在93.8% - 99.2%之間調(diào)節(jié)。

2.5 I2C串行控制接口功能

TAS5706A的DAP具有I2C串行控制從接口，可接收系統(tǒng)控制器的命令。該接口支持正常速度（100kHz）和高速（400kHz）操作，即使MCLK缺失也能正常工作。它支持對(duì)狀態(tài)寄存器和PWM相關(guān)的通用控制寄存器進(jìn)行單字節(jié)和多字節(jié)的讀寫操作，還支持一種特殊模式，允許將I2C寫操作拆分為多個(gè)4字節(jié)的數(shù)據(jù)寫操作，方便系統(tǒng)逐步寫入大的寄存器值，而不會(huì)阻塞其他I2C事務(wù)。在實(shí)際的系統(tǒng)控制中，你會(huì)如何利用I2C接口的這些特性來實(shí)現(xiàn)高效的控制呢？

3. 寄存器配置與操作要點(diǎn)

3.1 寄存器概述

該設(shè)備的串行控制接口涉及多個(gè)寄存器，包括時(shí)鐘控制寄存器、設(shè)備ID寄存器、錯(cuò)誤狀態(tài)寄存器、系統(tǒng)控制寄存器等。每個(gè)寄存器都有特定的功能和初始化值。例如，時(shí)鐘控制寄存器用于設(shè)置數(shù)據(jù)和時(shí)鐘速率，在手動(dòng)模式下，系統(tǒng)微處理器可以根據(jù)采樣率和相關(guān)時(shí)鐘頻率更新該寄存器的值；在自動(dòng)檢測(cè)模式下，TAS5706A會(huì)自動(dòng)確定時(shí)鐘。設(shè)備ID寄存器包含固件版本的ID代碼。錯(cuò)誤狀態(tài)寄存器記錄了各種時(shí)鐘錯(cuò)誤信息，需要軟件手動(dòng)清除并讀取以確定是否存在持續(xù)錯(cuò)誤。

3.2 關(guān)鍵寄存器功能

不同的寄存器對(duì)設(shè)備的各種功能進(jìn)行控制。以系統(tǒng)控制寄存器1為例，它可以控制每個(gè)通道的直流阻塞濾波器的啟用或禁用，選擇在時(shí)鐘錯(cuò)誤恢復(fù)時(shí)使用軟靜音或硬靜音，啟用或禁用時(shí)鐘自動(dòng)檢測(cè)和軟啟動(dòng)功能，以及選擇去加重模式。再如音量配置寄存器，它可以控制音量的變化速率和雙二階濾波器的音量補(bǔ)償功能。在進(jìn)行寄存器配置時(shí)，需要仔細(xì)考慮各個(gè)寄存器的功能和相互關(guān)系，以確保設(shè)備正常運(yùn)行。你在配置寄存器時(shí)，有沒有遇到過一些棘手的問題呢？

3.3 初始化與操作流程

設(shè)備的正確操作需要遵循一定的啟動(dòng)序列。首先，將所有邏輯輸入拉低，給AVDD/DVDD供電并等待輸入穩(wěn)定。然后，將PDN和MUTE置高，并將其他邏輯輸入設(shè)置為所需狀態(tài)。提供穩(wěn)定的MCLK、LRCLK和SCLK，等待100us后將RESET置高，再等待13.5ms。接著，對(duì)內(nèi)部振蕩器進(jìn)行調(diào)校，等待50ms讓設(shè)備鎖定。通過I2C配置DAP，如設(shè)置混音控制、雙二階濾波器、DRC參數(shù)和銀行選擇等。最后，配置其余的I2C寄存器，退出全通道關(guān)閉狀態(tài)。在正常操作期間，可以對(duì)主音量、軟靜音、時(shí)鐘和串行數(shù)據(jù)接口格式等寄存器進(jìn)行寫入操作，但需要注意一些限制條件，如在發(fā)出全通道關(guān)閉命令后，一段時(shí)間內(nèi)不允許進(jìn)行其他I2C事務(wù)。在實(shí)際應(yīng)用中，嚴(yán)格遵循這個(gè)啟動(dòng)序列是確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。那么，你在實(shí)際操作中是否有嘗試過對(duì)啟動(dòng)序列進(jìn)行優(yōu)化呢？

4. 應(yīng)用與保護(hù)機(jī)制

4.1 不同模式下的配置

在不同的應(yīng)用模式下，如2.0聲道BD BTL、2.1聲道AD BTL等，需要對(duì)寄存器進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。以TAS5706B在2.1模式下的應(yīng)用為例，需要對(duì)關(guān)機(jī)組寄存器、啟動(dòng)/停止寄存器、輸入多路復(fù)用器寄存器和PWM輸出多路復(fù)用器寄存器等進(jìn)行特定的設(shè)置。同時(shí)，在2.1模式下，還需要更新通道間延遲寄存器的值，不過具體的優(yōu)化值需要聯(lián)系廠家獲取。在實(shí)際應(yīng)用中，你會(huì)如何根據(jù)具體的模式需求進(jìn)行寄存器的配置呢？

4.2 保護(hù)機(jī)制的作用

TAS5706A/B具備多種保護(hù)機(jī)制，包括短路保護(hù)（SCP）、過溫保護(hù)（OTP）、欠壓保護(hù)（UVP）和過壓保護(hù)（OVP）。當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，VALID引腳會(huì)變低，設(shè)備會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)后端錯(cuò)誤序列，嘗試恢復(fù)正常。過溫保護(hù)會(huì)在芯片溫度超過150°C時(shí)關(guān)閉設(shè)備，當(dāng)溫度降至135°C以下時(shí)再開啟。欠壓保護(hù)和過壓保護(hù)分別在電源電壓低于8.4V和高于27.5V時(shí)關(guān)閉設(shè)備，在電壓恢復(fù)正常后再開啟。這些保護(hù)機(jī)制可以有效提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性，減少因異常情況導(dǎo)致的損壞。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，你是否會(huì)考慮對(duì)這些保護(hù)機(jī)制進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化呢？

總之，TAS5706A/B數(shù)字音頻功率放大器以其豐富的功能和出色的性能，為音頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的支持。但在使用過程中，我們需要充分了解其各項(xiàng)特性和操作要點(diǎn)，根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行合理的配置和設(shè)計(jì)，才能發(fā)揮出它的最大優(yōu)勢(shì)。你在使用TAS5706A/B或類似產(chǎn)品時(shí)，有什么獨(dú)特的經(jīng)驗(yàn)或想法呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。